Ambient IoT设备的物理层特性

几个月前，我们刚刚学习了无源点点最新版 Ambient IoT设备在stage 1也就是需求用例和使用场景方面的情况：

Ambient IoT设备-1，

Ambient IoT设备-2，

如今它们的物理层特性，在R19版本的最新标准中已经明确了一些指标。今天来了解一下。

01、系统架构

先来看看Ambient IoT（简称A-IoT）系统中都有哪些设备。从IoT物联网的角度来说，A-IoT是比taptapPK10 以及eMTC等功耗更低、复杂度更低的技术，从taptap点点官网手机版识别的角度来说它也可以类似看作是蜂窝版的RFID。RFID的通用架构比较简单，如下图所示：

A-IoT系统的架构相对复杂，如下图所示的两种拓扑，T1和T2结构中，有A-IoT device终端设备，有Reader读写器设备，也有A-IoT的gNB基站，其中reader可以和RAN节点合为一体。此外，还有核心网。一个支持A-IoT的gNB也许可以同时兼容拓扑1和拓扑2，但如何协调A-IoT读写器之间的无线资源，还需要进一步探讨。

对于A-IoT终端设备可以分为以下D1，D2a，D2b类型：设备类型D1：峰值功率约1uW，配备储能单元，初始采样频偏（SFO：Sampling-frequency offset）最高可达10^X ppm，设备内部不具备读写器到标签（R2D）或标签到读写器（D2R）的信号放大功能。D2R传输通过外部提供的载波进行反射回传。

设备类型D2a：峰值功率不超过数百uW，配备储能单元，初始SFO最高可达10^X ppm，设备内部具备R2D和/或D2R信号放大功能。D2R传输通过外部提供的载波进行反射回传。

设备类型D2b：峰值功率不超过数百uW，配备储能单元，初始SFO最高可达10^X ppm，设备内部具备R2D和/或D2R的信号放大功能。D2R传输由设备内部生成。

除了A-IoT基站和终端设备，还有一类叫做A-IoT的CW发射机，它的核心作用就是由外部网络节点（如基站或专用CW发射器）提供一个稳定的、未调制的射频信号（载波），A-IoT设备通过backscattering（反向散射）这个外部载波，对其进行调制，从而将数据传回reader。这实现了设备侧近乎零射频发射功耗的通信。

为避免干扰，CW传输与A-IoT基站下行链路数据传输不能并发进行。对于FDD频段，CW在UL工作频段内传输。

02、频率

目前在taptap点点官网中定义的A-IoT的工作频段为：FR1的n8频段。

A-IoT 工作频段

上行 (D2R&CW)

BS收/UE发

FUL,low – FUL,high

(MHz)

下行 (R2D)

BS发/UE收

FDL,low – FDL,high

(MHz)

Duplex mode

880 – 915

925 – 960

FDD

在我国，上述频段涵盖了GSM、LTE等使用的上行和下行频段。

03、带宽

R2D的带宽为200kHz；400kHz；600kHz；800kHz，SCS均为15kHz。

Table 5.3.5-1: BS channel bandwidths and SCS per operating band

A-IoT Band	SCS (kHz)	*Reader* *channel bandwidth* (kHz)
200	400	600	800
n8	15	200	400	600	800

分别占用1个RB，2个RB，3个RB和4个RB，如下表：

Table 5.3.1.2-1: R2D Transmission bandwidth configurationNRB for FR1

R2D Channel Bandwidth	200 kHz	400 kHz	600 kHz	800 kHz
SCS (kHz)	NRB	NRB	NRB	NRB
15	1	2	3	4

最小保护间隔为：

Table 5.3.1.3-1: Minimum guardband (FR1)

R2D CBW	200 kHz	400 kHz	600 kHz	800 kHz
Minimum guardband (kHz)	2.5	12.5	22.5	32.5

D2R的传输带宽为15k，30k，60k，120k，240k，480k，960k，2880kHz。从基站角度来看，在同一频谱内可支持不同的设备信道带宽，用于向连接至基站的设备进行传输以及接收来自这些设备的反向散射信号。基站侧每个D2R信道带宽对应的最小保护带宽规定为基站侧D2R信道带宽的10%。

1）设备侧D2R传输带宽：

Table 5.3.2.3-1: Device D2R channel bandwidth

2）基站侧D2R传输带宽：

Table 5.3.2.3-1: BS D2R channel bandwidth

04、功率

BS和CW node发射功率：在Release 19中，射频要求的讨论聚焦于A-IoT室内场景下的1-C型基站，假定A-IoT基站仅发送和接收A-IoT信号。因此A-IoT基站或独立CW node相关的射频要求是分别制定的。当然，设备制造商可以声明A-IoT基站还可以发射连续波（CW：Carrier-wave）信号。基站和CW设备发射功率见下表：

A-IoT设备	类型	天线端口额定输出功率
A-IoT BS	type 1-C	≤38 dBm
CW node	D2R反向散射单音未调制信号	≤33 dBm

标准给出的指标为反向散射功率损耗。反向散射功率定义为在D2R信号持续时间内测量得到的平均滤波功率，不包括载波频率处的功率。反向散射损耗定义为设备天线处输入的载波功率与设备天线处的反向散射功率之差。反向散射功率需按照等效全向辐射功率（EIRP）指标进行测量。在设备供应商声明的峰值天线增益方向上，反向散射损耗最低要求须满足下表。

Table 6.1.1.1-1: Maximum allowable backscatter loss